螺旋天线电路设计
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一种宽带螺旋天线的设计朱珊虹;董卫鹏;张琳江【摘要】A spiral antenna with bandwidth is introduced. An external feeding is applied to an elevated coplanar waveguide winding spiral antenna. The whole structure is completely planar and can be easily realized by printed cir-cuit technology. Simulated and experimented results show that the antenna has characteristics of good circular polari-zation and wide bandwidth. Its measured reflecting loss is less than -10 dB in the range 2.5 GHz to 9 GHz.%提出了一种宽带螺旋平面天线的设计。
采用共平面波导的方式绕成天线,该方法使得天线和馈电网络在同一平面上,可以利用印刷电路板技术制作。
通过软件仿真和实际测试显示:该天线具有良好的圆极化和宽频带特性,在频段2.5 GHz~9 GHz上实测反射损耗小于-10 dB。
该天线制作简单、平面化面积小、具有很高的应用价值。
【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P742-745)【关键词】阿基米德螺旋天线;共平面波导;宽带天线;电磁仿真软件【作者】朱珊虹;董卫鹏;张琳江【作者单位】新乡学院计算机与信息工程学院,河南新乡453000;新乡学院计算机与信息工程学院,河南新乡453000;新乡学院计算机与信息工程学院,河南新乡453000【正文语种】中文【中图分类】TN823.31螺旋天线理论自上世纪40年代被提出来后,由于其超宽的频带、稳定的增益和较低的轴比,得到了广泛的应用[1]。
平面螺旋天线及宽带匹配网络的设计和仿真徐 琰 张漠杰(上海航天局第八○二研究所 上海200090)摘要:本文介绍了阿基米德平面螺旋天线及微带渐变线阻抗变换器的原理和设计方法,运用以有限元法为原理的专业软件Ansoft HFSS 对该天线及宽带匹配网络进行仿真,并与测量结果进行比较,仿真结果与测量结果吻合。
关键词: 阿基米德平面螺旋天线 渐变线阻抗匹配 平衡馈电一、 平面螺旋天线1.1 阿基米德平面螺旋天线为了满足灵活性和通用性,常常要求天线能以令人满意的方向图、阻抗和极化特性工作于很宽的频带范围内。
线性振子天线的频带是很窄的,增加振子直径只能稍微展宽一些频带,一般很少能大于所设计的中心频率的百分之几。
天线的增益、方向图、输入阻抗等电特性参数在一个较宽的频带内保持不变或变化较小的天线称为宽频带天线。
一般情况下,天线的性能参数是随频率变化的。
有一类天线,其几何形状完全由角度规定,性能与频率无关,这类天线称为非频变天线。
典型的天线有等角螺旋天线。
阿基米德平面螺旋天线不是一个真正意义上的非频变天线,但它也可以在很宽的频带内工作。
因为它不能满足截断要求,电流在工作区后并不明显的减小,螺旋天线被截断后方向图必受影响,因此必须在末端加载而避免波的反射。
阿基米德螺旋的半径随角度的变化均匀的增加,方程为φρρa +=0式中0ρ是起始半径,为螺旋增长率。
a本文设计的是双臂的阿基米德平面螺旋天线(如图1),两臂方程分别为φρρa +=011和)(022πφρρ++=a 。
用印刷电路技术来制造这种天线,使金属螺旋的宽度等于两条螺旋间的间隔宽度,形成自互补天线。
臂的宽度为:20102πρρa W =−=对于一个自互补天线结构,由巴比涅—布克(Babinet -Booker )原理可求得,具有两个臂的无限大结构的输入阻抗为188.5欧。
图1 阿基米德平面螺旋天线在螺旋的周长为一个波长附近的区域,形成平面螺旋的主要辐射区。
螺旋天线电路设计一、引言螺旋天线是一种常用的宽带天线,其特点是频率范围广、阻抗匹配好、方向性良好等。
本文将介绍如何设计一款螺旋天线电路。
二、螺旋天线的原理螺旋天线是一种基于电磁波的发射和接收原理的天线,其主要构成部分为导体和地面板。
导体通常采用圆形或正方形的金属片,通过不同方向上的缠绕来实现较好的频率范围和方向性。
在实际应用中,通常采用四分之一波长或半波长作为导体长度。
三、螺旋天线电路设计步骤1. 确定频率范围:首先需要确定需要使用的频率范围,以便选择合适的导体长度和缠绕方式。
2. 选择导体形状:根据实际应用需求,选择合适的导体形状(圆形或正方形),并确定其大小。
3. 计算导体长度:根据选定的频率范围和导体形状,计算出所需的导体长度。
可以使用在线计算器或专业软件进行计算。
4. 缠绕方式:根据计算出的导体长度和形状,确定缠绕方式。
通常有两种方式:顺时针和逆时针缠绕。
选择合适的缠绕方式可以影响天线的方向性。
5. 地面板设计:螺旋天线需要一个地面板来实现较好的阻抗匹配和性能。
地面板通常采用金属板或铜箔,大小应与导体相匹配。
6. 阻抗匹配:在实际应用中,需要将天线的阻抗与接收器或发射器进行匹配。
可以使用衰减器、变压器等方法进行匹配。
四、螺旋天线电路实现1. 制作导体:根据设计好的导体形状和长度,使用金属片或铜箔制作出导体。
2. 缠绕导体:根据设计好的缠绕方式,将导体进行缠绕,并固定在地面板上。
3. 制作地面板:根据设计好的大小和形状,制作出地面板,并将其与导体固定在一起。
4. 连接电路:将天线与接收器或发射器连接,并进行阻抗匹配。
五、螺旋天线电路调试1. 测试频率范围:使用信号源测试天线的频率范围,确保其符合设计要求。
2. 测试阻抗匹配:使用阻抗仪测试天线的阻抗,并进行调整以实现较好的匹配。
3. 测试方向性:使用转台或指向器测试天线的方向性,并进行调整以实现最佳效果。
六、总结螺旋天线是一种常用的宽带天线,其设计和制作需要考虑多个因素,包括频率范围、导体形状和长度、缠绕方式、地面板设计等。
平面等角螺旋天线及巴伦的设计随着无线通信技术的飞速发展,天线作为无线通信系统的重要组成部分,其性能和设计受到了广泛。
其中,平面等角螺旋天线(Planar Inverted-F Antenna,简称PIFA)以及巴伦(Balun)是两种常用的天线和平衡转换器设计。
本文将介绍这两种天线的特点、设计原理和参数,旨在帮助读者深入了解其优势和应用场景。
平面等角螺旋天线是一种常见的宽带天线,具有体积小、易共形、易集成等优点。
它由一个平面的辐射元和一个螺旋状的地面构成,通过调整辐射元和地面的尺寸以及螺旋的匝数,可以实现在宽频带内的良好辐射性能。
平面等角螺旋天线的辐射原理主要依赖于螺旋的电流分布。
当高频电流在螺旋上流动时,会产生一个向外扩散的磁场,从而形成辐射。
由于螺旋的等角特性,电流在整个螺旋上均匀分布,使得天线在宽频带内具有稳定的辐射方向图和阻抗特性。
平面等角螺旋天线的特点在于其宽频带性能和易共形性。
通过改变螺旋的匝数和辐射元的尺寸,可以覆盖较宽的频率范围,同时保持稳定的阻抗特性和辐射方向图。
在设计时,需要考虑的主要参数包括辐射元的尺寸、螺旋的匝数、介质基板的厚度和相对介电常数等。
巴伦是一种用于将不平衡的信号转换为平衡的信号,或反之亦然的平衡转换器。
在天线设计中,巴伦被广泛应用于将天线的不平衡信号转换为平衡信号,以实现更好的辐射性能。
下面以常见的威尔金森巴伦为例,介绍其设计原理和特点。
威尔金森巴伦是一种经典的巴伦设计,它利用两个对称的线绕线圈来实现不平衡到平衡的转换。
在线绕线圈的中心连接不平衡信号源,在线绕线圈的两侧连接平衡信号端口。
通过调整线圈的匝数和半径,以及源阻抗和负载阻抗的匹配,可以实现信号的高效传输。
威尔金森巴伦的特点在于其宽带性能和高效传输。
通过调整线圈的匝数和半径,可以覆盖较宽的频率范围,同时保持高效传输。
在设计时,需要考虑的主要参数包括线圈的匝数和半径、源阻抗和负载阻抗的匹配等。
平面等角螺旋天线和巴伦是两种常用的天线和平衡转换器设计,具有广泛的应用场景。
制作一个简单的ISM 无线电频段的2.425GHz 螺旋天线怎样制作一个简单的ISM无线电频段的 2.425GHz螺旋天线【ISM(Industry Science Medical)频段即工业科学医疗频段,该频段在美国不受FCC(美国联邦通信委员会)限制,属于工业自由辐射频段,频段范围为2.4GHz~2.4835GHz。
——译者注】引言As some of the readers may know, an effort by members of the Canberra Linux Users Group has been launched to set up a Canberra-wide wireless LAN. This amateur experiment's existence is largely due to the acquisition of many cut-price old style Lucent WaveLAN cards being superseded by the IEEE 802.11 standard cards. The cards were cheap but the tile antennas that came with them are no good for long haul links of more than several hundred metres. On top of this, commercial aerials that can do the job are expensive, can get rather large and are ugly, especially the conifers. My Mum would not want one on her roof. 正如很多读者都知道的,由于堪培拉Linux 用户集团的成员不懈努力的结果,已经创办起了堪培拉宽带局域网。
一、设计题目:螺旋天线的仿真设计二、设计目的:(1)熟悉Ansoft HFSS软件的使用。
(2)学会螺旋天线的仿真设计方法。
(3)完成螺旋天线的仿真设计,并查看S参数以及场分布。
三、设计要求:螺旋天线是一种常用的典型的圆极化天线,本设计就是基于螺旋天线的基础理论及熟练掌握HFSS10软件的基础上的,设计一个右手圆极化螺旋天线,要求工作频率为4G,分析其远区场辐射特性以及S曲线。
螺旋天线通常用同轴线馈电,天线的一端与同轴线的内导体相连,另一端则处于自由状态。
螺旋天线示意图如图1所示:图1、螺旋天线四、设计参数:中心频率f=4GHz λ=75mm螺旋导体的半径d=0.15λ=11.25mm螺旋线导线半径a=0.5mm螺距s-0.2λ=15mm圈数N=7轴向长度l=Ns五、设计步骤在HFSS建立的模型中,关键是画出螺旋线模型。
画螺旋线,现说明螺旋线模型的创建。
求解类型设置与上两个设计一样,材料为copper,模型单位为mm,螺旋线的创建如下。
点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。
X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。
输入圆的半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。
在特性窗口中将Axis 改为Y。
点击确认。
选中该circle。
点击Draw>Helix,输入X:0 Y:0 Z:-7.5,按回车键结束输入,输入dX:0 dY:0 dZ;100按回车键,在弹出的窗口中,Turn Directions:Right Hand Pitch:15(mm) Tuns:7 Radius change per Turn:0点击OK。
在特性窗口中选择Attribute标签,将名字改为Helix。
建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。
点击Draw>Cylider,创建圆柱模型。
输入坐标为X:11.25 Y:0 Z;0 ,按回车键结束输入,输入半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 ,按回车键结束输入,输入圆柱长度dX;0 dY:0 dZ:-3,按回车键结束输入,在特性窗口中选择Attribute选项卡,将名字改为ring,点击确定。
宽带平面螺旋天线的研究与设计
宽带平面螺旋天线的研究与设计
1.1 天线辐射元的设计
阿基米德螺旋天线是一种自互补天线,即天线臂宽与间隔相等。
对于自互补结构的天线,由巴俾涅原理知其输入阻抗为60πΩ。
如微带衬底介电常数为εr,则输入阻抗选择普通基板εr=4.6,基片厚度h=1 mm,这样天线的输入阻抗约为Z0=112.6Ω。
天线外圈周长必须大于1.25倍λmax,馈电点间距必须小于λmin/4。
1.2 背腔设计
要获得单向辐射,需要用到反射腔,也可以在背腔内填充吸波材料,考虑到增益,本文腔体内部不填充吸波材料,而直接采用λ/4扼流套作为背腔。
其基本结构如图2所示,在同轴线外部加上一个长度为λ/4的金属套,底端与同轴线外皮短接,该金属套与同轴线的外导体构成一个特性阻抗为Zc的新同轴线L,且终端短路。
易知,终端短路的λ/4长的同轴线有开路效应即从L顶端向下看去,特性阻抗为Zc的同轴线的输入阻抗为无穷大,也就是说如果在该段传输线上有电压电流分布,则最顶端为电压腹点,电流节点,从而这种结构有一定的扼流作用。
天线――螺旋天线物理尺寸对天线效率的影响一、天线概览绝大多数天线具有可逆性:即天线用作接收天线时的特性与其处于发射状态时的特性时相同的。
辐射方向图:表示给定距离下天线的辐射随角度的变化,辐射的强弱由离天线给定距离r处的功率密度S来评价。
接收模式下,天线对于某方向来波的响应正比于辐射方向图上该方向的值。
方向系数:表示最大辐射强度于全空间均匀辐射时的平均辐射强度之比。
极化:描述了天线辐射时电场矢量的特征,瞬时电场矢量随时间的轨迹图决定波动的极化特性。
天线的输入阻抗:是天线终端电压与电流之比,通常的目的是使天线的输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配。
§天线分类依据频率特性的不同,可以把天线分成四种基本类型。
◎电小天线:天线的尺寸比一个波长小很多。
特征:很弱的方向性,低输入电阻,高输入电抗,低辐射效率。
适合于VHF或更低的波段。
如短振子,小环。
◎谐振天线:在谐振频率点或某个窄频带内工作令人满意。
特征:低或中等增益,实输入阻抗,带宽狭窄。
主要用于HF到低于1GHz的频段。
如半波振子,微带贴片,八木天线。
◎宽带天线:在一个很宽的频率范围内,方向图、增益和阻抗几乎是常数,并且能够用有效辐射区的概念表述其特征,该区域在天线上的位置随频率的变化而变化。
特征:低到中等增益,增益恒定,实输入阻抗,工作频带宽。
主要用于VHF直至数个GHz的频段。
如螺线天线,对数周期天线。
◎口径天线:由一个供电磁波通过的开放的物理口径。
特征:高增益,增益随频率增大,带宽中等。
用于UHF和更高的频段。
如喇叭天线,反射面天线。
§天线的电气特性(1)方向特性――方向图(BW0.5,FSLL)、方向系数D、增益G。
(2)阻抗特性――输入阻抗Zin、效率2640rhRA,(辐射阻抗Z)(3)带宽特性――带宽、上限频率f1,下限频率f2。
(4)极化特性――极化、极化隔离度。
天线增益G :等于辐射功率与输入功率之比。
AG D阻抗特性:电小天线和谐振天线之所以是窄频带天线,很大程度上受制于恶劣的阻抗特性。
螺旋天线的设计及制作
尺寸说明:
一、盒体部分
盒体部分提供了螺旋线天线的后向辐射电磁波的反射作用,可进一步提高天线的性能。
盒体为空心长方体,其中,底X宽=0.375BA╳0.375BA,盒体高=底或高。
B=PI 开平方,A=波长
二、螺旋天线部分
天线的绕制:由于要实现左旋圆极化,其绕制的方法也是以左手合拳形式,进行绕制即可。
螺旋线的直径=A/π,节距(线圈之间距离)=0.225A,线圈的周长等于波长。
三、天线的性能
当螺旋线绕制18圈时,其增益在17dBi,半功率角在27°左右,当圈数增加时增益增加,半功率角减小。
机械性能也很坚固。
四、加工时的选材及注意事项
盒体部分可以用镀锌板等金属体焊制即可,铜为首选,厚度在0.75---1mm之间。
螺旋线用0.75---1mm的铜丝时行绕制。
与接头连接部分预留一小段,在组装时与接头进行焊接。
注意的是螺旋线与
金属盒一定不能有接触。
并且,螺旋的中轴线与底板的中心点重合。
在绕制螺旋线时,由于膨胀因素,尺寸可能达不到要求。
在进行实验时,可以把螺旋线的圈数作的多一些,到时可以剪掉一些的,天线的性能不会有太大的改变。
应用于TPMS的PCB螺旋天线的设计与实现汽车轮胎压力监视系统(TPMS)可以在汽车行驶时实时地对轮胎气压进行自动监测,对轮胎漏气、低气压、高气压进行预警,以保障驾乘者行车安全[1]。
TPMS发射天线工作于频率433.92 MHz,信号收发距离小于10 m,安装在轮胎内部的胎压检测模块上。
为了保证汽车行驶时数据传输准确可靠,要求天线具有全向性。
同时由于安装空间有限,并且整个模块只由一块锂电池供电,要求天线体积小、发射效率高。
随着TPMS的快速发展,在保证基本性能的基础上,小型化天线的研究显得越来越重要。
目前比较常用的TPMS天线类型有倒F螺旋天线[2-3]和小环天线[4],倒F螺旋天线性能较好,但占用空间大,而小环天线体积虽小,但发射效率低。
本文结合实际需求,设计并制作了一种小型的PCB螺旋天线,被加工在一块面积只有20 mm乘以16.7 mm的聚四氟乙烯板上。
PCB螺旋天线与传统螺旋天线相比,在总长度相同的情况下,天线尺寸大幅度减小。
此外金属导线固定在PCB板上,长度、宽度和距离等参数大小容易控制,因此这种天线具有小尺寸、易制作的特点。
实验结果表明该天线可工作于频率433.92 MHz,具有良好的全向性,满足TPMS发射天线的性能要求。
1 天线的结构PCB螺旋天线的结构如图1所示,该天线由11圈螺旋构成。
在长方形介质基板的两面分别印刷金属导线,宽度一致,两端有导通孔,其内壁覆铜,用来连接两层的金属。
馈电线与图1(b)中右上角最大的导通孔相连接,其余的导通孔直径大小相同。
从PCB板制作工艺上考虑,为了确保金属的连接,设计时每个导通孔周围要加上焊盘。
2 天线的设计与仿真 天线的工作频率取决于天线本身的尺寸。
从天线的结构可以看出,这种螺旋天线的缠绕非常密集。
根据螺旋天线的特性,密集的缠绕会产生寄生感抗,导致螺旋天线的谐振频率增加[5],因此在设计时总长度应该比理论长度稍短。
河北大学工商学院2014届本科生毕业论文(设计)本科生毕业论文(设计)题目:无线电能传输发射和接收定向螺旋状天线的设计学 部 信息科学与工程学部 学科门类 工学 专 业 电气工程及其自动化 学 号 姓 名 指导教师2014年5月19日装订 河北大学工商学院无线电能传输发射和接收定向螺旋状天线的设计摘要无线电能传输是将电源的电能转变为可无线传播的电能,在接收端又将此电能转变回电能,从而到达对用电器的无线供电。
本课题是利用电磁场的谐振方法,发射和接收线圈在某一个射频点上谐振,从而达到电能在中等距离传输的目的。
磁共振耦合无线电能传输是通过发射线圈与接收线圈的磁场耦合共振来实现电能的无线传输。
本课题通过介绍磁共振耦合无线电能传输的工作原理在此基础上设计参数数据并实验验证。
磁共振耦合无线电能传输中处于谐振的两个线圈共振频率一般设置在0.5-50MHz之间,共振频率越高,传输效率越高.但是在实际应用过程中,频率越高对电路器件要求相对也就越高,故一般选取频率不宜超过10MHz,本课题选取谐振频率是8MH来计算并且实验验证收发线圈方向性,在不同距离下收发线圈间传输频率与接收电压值的关系和传输距离与接收电压值的关系以及脉冲波占空比对接收电压的影响。
关键词:无线电能传输;磁共振耦合;收发线圈;谐振频率;参数Transmitting And Receiving Wireless Power TransmissionDirectional Helical antenna DesignABSTRACTThe wireless power transfer is transforming the electric power to the radio transmission power,at the receiving and turn the power back to the power, so as to reach the wireless power supply for electrical appliances.This article is using the electromagnetic resonance method, transmitting and receiving coils on a certain point of the radio frequency resonance, so as to achieve the purpose of the electricity in the medium distance transmission. Magnetic resonance coupling can radio transmission is by emitting and receiving coil coil magnetic field coupling resonance to realize the wireless transmission of electricity. This topic through the introduction of the working principle of magnetic resonance coupling radio can transmit data on the basis of the design parameters and experimental verification. Magnetic resonance coupling in the radio can transmit at a resonant frequency resonance of the two coil generally set between 0.5 to 50 MHZ, the higher the resonant frequency, the higher the transmission efficiency. But in the process of practical application, the higher the frequency of circuit components are also in the more demanding, so the general selection frequency should not be more than 10 MHZ, this topic selection is 8 mh to transmit frequency calculation and experimental verification transceiver coil direction, under the different distance between the sending and receiving coil transmission frequency and accept voltage value relations and the transmission distance and the voltage value and the relationship between the influence of duty ratio on receiving voltage pulse wave.Keywords:wireless power transmission;resonant magnetic coupling;To send and receive coil;resonant frequency;parameter目录1 绪论 (1)1.1 课题研究的目的与意义 (1)1.2 无线电能传输技术的发展历程 (1)1.3 无线电能传输相比较有线的优势 (2)1.4 无线电能传输的前景展望 (2)1.5 论文的结构 (3)2 磁共振耦合无线电能传输 (4)2.1 磁共振耦合无线电能传输理论 (4)2.2 磁共振耦合无线电能传输原理 (4)2.3 磁共振耦合无线电能传输的应用 (6)3 发射和接收螺旋状天线 (7)3.1 发射和接收线圈设计理论依据 (7)3.2 发射和接收线圈模型 (7)3.3 线圈电气参数计算 (7)3.3.1 电感量计算 (7)3.3.2 线圈自谐振频率 (8)3.3.3 分布电容 (8)3.3.4 电阻计算 (9)3.4 线圈电气参数计算与测量 (9)4 螺旋状天线实验设计验证 (10)4.1 收发天线模块 (10)4.2 实验验证 (10)4.2.1 收发线圈方向性的验证 (11)4.2.2 在不同距离下收发线圈间传输频率与接收电压值的关系 (12)4.2.3 传输距离与接收电压值的关系 (12)4.2.4 脉冲波占空比对接收电压的影响 (13)结论 (15)参考文献 (16)致谢 (17)1绪论1.1 课题研究的目的与意义无线电能传输WPT(Wireless Power Transfer),又称无接触式电能传输CPT(Contactless Power Transfer),是一种以非接触的方式实现电源与用电设备之间的电能传输方式,即通过电磁感应、共振、射频、微波和激光等方式实现电能的非接触式传输,也就是说借助于电磁场或电磁波进行电能传递的一种技术。
利用HFSS设计平面等角螺旋天线杜起飞北京理工大学电子工程系 100081摘要:本文介绍了一种双臂平面等角螺旋天线的设计过程,利用ANSOFT HFSS 对其结构进行了建模和仿真,工作频率为0.4GHz~3GHz,电压驻波比VSWR<2.0,增益Gain>5.0dB。
关键词:HFSS、等角螺旋天线、宽带匹配1. 引言天线的增益、输入阻抗、方向图等电特性参数在一个较宽的频段内保持不变或变化较小的天线称为宽频带天线。
一般情况下,天线性能参数是随频率变化的。
有一类天线,它们的方向图和阻抗在相当宽的频带范围内与频率无关,这就是所谓的非频变天线。
本文所研究的是平面等角螺旋天线,它有很宽的工作频带,具有很好的应用前景,同时也是其它等角螺旋天线研究的基础。
2. 利用HFSS设计平面等角螺旋天线平面等角螺旋天线在ANSOFT HFSS中的模型如图1所示。
它主要由平面螺旋辐射器、馈电电路板、普通反射腔和异形反射腔四部分组成。
2.1 平面等角螺旋天线图1 平面等角螺旋天线在HFSS中的模型图2 自补形平面等角螺旋天线平面等角螺旋天线如图2所示,金属臂的四条边缘均为平面等角螺旋线。
边缘1的方程为边缘1旋转角δρ1=ρ0eaφ,边缘2相对于a(φ−δ)ρ=ρe20,故其方程为。
天线另一臂的边缘应使结构对称,即一臂旋转半圈将于另一臂重合,因而有ρ3=ρ0ea(φ−π)和ρ4=ρ0ea(φ−δ−π)。
图中的结构是自补形,因而δ=π/2。
自补形平面等角螺旋天线两臂的四条边缘曲线为:⎧ρ1=ρ0eaφ⎪π⎪ρ=ρea(φ−2⎪2 (1) 0⎨a(φ−π)⎪ρ3=ρ0e⎪πa(φ−π−)2⎪⎩ρ4=ρ0e- 74 - Ansoft2004对于自补形结构,方向图的对称性最好。
由于平面等角螺旋天线的表面边缘仅由角度描述,因而满足非频变天线对形状的所有要求。
2.2 馈电电路板由于平面等角螺旋天线是平衡对称结构,其馈电系统也应采用平衡馈电方式。
螺旋天线电路设计
引言
螺旋天线是一种常见的天线类型,具有多频段、宽带和方向性好等特点,被广泛应用于无线通信和雷达系统中。
在设计螺旋天线电路时,需要考虑天线的结构、频率范围、辐射特性以及电路参数等因素。
本文将全面、详细、完整地探讨螺旋天线电路设计的相关内容。
螺旋天线结构
螺旋天线由导体线圈在平面内旋转组成,其结构可以分为两种主要类型:方形螺旋天线和圆形螺旋天线。
方形螺旋天线
方形螺旋天线的导体线圈呈正方形或长方形,辐射器和馈电结构相对简单,易于制造和布局。
方形螺旋天线通常具有宽频带和宽角度覆盖等特点,适用于通信和雷达系统中的多频段应用。
圆形螺旋天线
圆形螺旋天线的导体线圈呈圆形,具有较为均匀的辐射特性。
圆形螺旋天线通常在窄带应用中使用,如无线电测向和卫星通信等领域。
螺旋天线频率范围
螺旋天线的频率范围受到其外形、尺寸和匝数等因素的影响。
频率范围的选择应根据具体的应用需求来确定。
方形螺旋天线频率范围
方形螺旋天线的频率范围较宽,通常可覆盖数个频段。
选择适当的参数可以实现不同频段的覆盖,如调整导体线圈的长度、宽度和匝数等。
圆形螺旋天线频率范围
圆形螺旋天线的频率范围较窄,通常适用于单一频段的应用。
改变导体线圈的尺寸和匝数可以微调频率范围,满足特定频段的要求。
螺旋天线辐射特性
螺旋天线的辐射特性在设计过程中需要考虑,包括辐射方向图、辐射效率和极化特性等。
辐射方向图
辐射方向图描述了螺旋天线在不同方向的辐射强度,通常以极坐标图的形式表示。
通过调整导体线圈的几何参数和匝数等,可以实现不同辐射方向图的设计。
辐射效率
辐射效率是指天线将输入功率转化为辐射功率的能力。
提高辐射效率可以减少能量损耗,提高天线的性能。
螺旋天线的辐射效率受到导体材料、匝数、尺寸和地平面等因素的影响。
极化特性
螺旋天线可以实现不同的极化方式,如线性极化和圆极化。
通过合适的设计和调整,可以实现所需的极化特性。
螺旋天线电路参数
在设计螺旋天线电路时,需要考虑到电路的匹配、增益、带宽和阻抗等参数。
匹配
螺旋天线的输入端需要与信号源进行匹配,以实现最大的能量传输。
匹配电路的设计需要考虑到天线的复阻抗和信号源的输出阻抗等因素。
增益
螺旋天线的增益是指其辐射方向与参考天线辐射方向之间的功率比。
增益与导体线圈的长度、宽度和匝数等参数有关。
带宽
螺旋天线的带宽是指在指定参数范围内,天线能够提供满意性能的频率范围。
设计带宽需要平衡天线的尺寸和性能等因素。
阻抗
螺旋天线的输入阻抗会影响到信号源的输出能力和天线的匹配性能。
调整导体线圈的尺寸和匝数等参数可以改变输入阻抗。
结论
通过对螺旋天线电路设计相关内容的探讨,我们了解到螺旋天线的结构、频率范围、辐射特性和电路参数等重要因素。
在实际设计中,需要综合考虑这些因素,以实现螺旋天线的良好性能和适应多样化的应用需求。
螺旋天线作为一种重要的天线类型,将继续在通信和雷达等领域发挥重要作用。